柴油机燃用生物柴油低温燃烧性能的仿真研究

采用GT-Power软件模拟分析了不同EGR率和喷油正时对柴油机燃用生物柴油低温燃烧性能的影响。研究表明:随着EGR率的增加,最高燃烧压力下降,缸内最高平均温度逐渐升高,燃烧相位后移,有效燃油消耗率增加,热效率降低,NO_x排放大幅度降低,炭烟排放、CO排放和THC排放都升高。在相同的EGR率下,随着喷油正时的延迟,最高燃烧压力和缸内平均燃烧温度降低,燃烧放热相位后移,燃油消耗率先减小后增加,热效率先升高后降低,NO_x排放降低,炭烟排放先升高后降低,CO排放和THC排放同时升高。通过调节EGR率和喷油正时可同时使NO_x排放和炭烟排放低于原机,但是会导致燃油消耗率和热效率大幅度恶化,且CO和THC排放升高。     

燃料特性对柴油机低温燃烧影响的试验研究

通过对柴油机燃用纯柴油、20%和40%汽油(体积比)3种燃料时的燃烧和排放特性的对比试验,研究了燃料特性对柴油机低温燃烧的影响。结果表明,随着汽油比例的升高,滞燃期延长,低氧浓度时更加明显,这也导致了压升率的升高和"丢火"临界点向高氧浓度移动,但提前喷油时刻对此有一定补偿作用。汽油比例对NOx、CO和THC排放影响较小,但在低氧浓度区域,较大的汽油比例可以大幅降低碳烟排放。氧浓度大约低于16%以后,CO和TCH排放急剧上升;碳烟也进入高峰区,但提前喷油时刻可有效降低排放水平;而NOx正好相反,氧浓度大约高于16%后,NOx排放迅速升高,而只有延缓喷油时刻,才能改善其排放。     

生物柴油与柴油排放对比研究

为了研究生物柴油的排放情况,在一台单缸直喷柴油机和一台四缸涡轮增压直喷柴油机上进行了排放对比试验。分析了柴油机燃用生物柴油和柴油的排放特性。研究结果表明:与柴油相比,生物柴油HC排放明显降低;不同负荷下生物柴油对CO排放无影响;生物柴油NOX排放明显增加。小负荷工况时,碳烟排放基本相同。而在大负荷时,生物柴油碳烟排放降低。     

喷孔数调控活性分层对乙醇-柴油双燃料燃烧的影响

基于1台自然吸气的单缸柴油机,结合缸内三维燃烧仿真计算,研究了不同直喷正时、不同预混比例条件下,直喷喷油器的喷孔数对乙醇-柴油双燃料发动机燃烧和排放特性的影响。结果表明,优化直喷喷油器的喷孔数,能影响直喷柴油的缸内分布,调控乙醇-柴油双燃料发动机燃烧过程。减少喷孔数,可以有效降低缸内高活性柴油的分布区域,减少初始着火的位置,从而降低缸内最高燃烧压力和压力升高率,并且可以在炭烟排放保持较低水平的基础上,降低氮氧化物(NO_x)排放。随着乙醇预混比例的增大,喷孔数对燃烧和排放的影响先增大后减小。随着喷油提前角的增大,由于直喷燃油在缸内混合较为均匀,喷孔数的影响作用逐渐减小。     

柴油废气重整柴油机工作过程数值模拟

柴油机的主要排放污染物是碳烟和NOx,柴油重整废气再循环（REGR）可降低NOx和碳烟排放。文章利用三维CFD软件FLUENT,模拟计算并对比分析了ZS195柴油机在原机和柴油废气重整2种情况下的气缸内部燃烧压力、温度、O2浓度、NOx浓度和碳烟浓度。结果表明：柴油废气重整后的气缸内部平均压力和平均温度升高,但是最高温度降低;气缸内部O2浓度降低;NOx排放和碳烟排放同时降低。     

柴油引燃天然气双燃料发动机性能试验研究

针对柴油/天然气双燃料发动机的动力性、燃料经济性和排放特性,采用十三工况法,在WP10.336型柴油机上进行柴油/天然气双燃料与纯柴油的性能与排放对比试验研究,试验中柴油替代率为88%~97%,满足微量柴油的要求。结果表明,双燃料模式下动力性基本不变,但热效率会降低,排放减少,同时HC和CO2排放明显增加。     

EGR对柴油-天然气双燃料发动机稀燃的影响

在一台由柴油机加装天然气供给系统改装而成的双燃料发动机上进行试验,分别研究了EGR率和过量空气系数(a)随喷油提前角变化对双燃料发动机的影响。结果表明:当EGR率为0时,a过大导致热效率降低。增大喷油提前角使着火提前,燃烧得以改善,最大压力升高率和最高燃烧压力提高,热值折合燃料消耗率降低。喷油提前角一定时,最大压力升高率、最高燃烧压力随EGR率的增大先升高后降低,热值折合燃料消耗率先降低后升高,EGR率为20%时热值折合燃料消耗率达到最低值。采用EGR技术能有效降低NOx排放,但HC,CO,CH4和炭烟排放随着EGR率的增大而增大;增大喷油提前角使缸内柴油预混燃烧比例增加,HC,CO,CH4和炭烟排放降低。因此,采用EGR时应适当增加喷油提前角。     

进气预混甲醇降低柴油机碳烟与NOx排放的影响参数研究

在485QDI自然吸气直喷式柴油机上研究了不同喷嘴、不同供油定时、不同喷醇的起点对进气预混甲醇发动机的碳烟、NOx排放和经济性的影响。研究结果表明，为了降低碳烟和NOx排放以及提高燃油经济性，与燃用纯柴油的发动机相比，进气预混甲醇发动机的柴油喷射定时可以保持不变或稍小，但燃油喷嘴的孔径应适当减小，预混甲醇的发动机负荷起点应适中。     

纯柴油、柴油/CNG两种燃烧模式下应用EGR的发动机性能研究

在一台单缸柴油机上加装天然气电控喷射系统，改造成柴油／CNG双燃料发动机。通过示功图、放热率、排放特性和经济性的实验与分析，研究了纯柴油和双燃料两种燃烧模式下应用冷却EGR的效果。研究表明：不管是纯柴油模式还是双燃料模式，使用EGR之后，NOx都有大幅度降低；纯柴油模式使用EGR之后，会带来碳烟排放的恶化，但是对于双燃料模式，当EGR比例在22％以内，负荷小于75％时，不会造成碳烟排放的恶化。随着EGR比例的增大，燃烧放热率曲线由双峰过渡到单峰形状，具有均质压燃(HCCI)燃烧过程的特征。     

降低柴油/LPG双燃料发动机碳烟排放的试验研究

针对城市公交柴油客车一直难以解决的碳烟排放问题进行了大量的试验研究,开发出一种柴油／LPG 双燃料发动机用的燃料供给和控制系统。经柴油机改装和装备该系统的柴油／LPG双燃料发动机在运行过程中能 够在柴油运行模式和柴油／LPG双燃料运行模式之间平稳切换,在双燃料运行模式下能够保证发动机的动力性和 经济性,碳烟排放大幅度降低,最大可降低至柴油工况的80％。     

发动机燃用生物柴油-柴油-乙醇混合燃料的性能试验

为了降低柴油机燃用中等比例生物柴油-柴油混合燃料的污染物排放,在1 400r/min和2 000r/min不同负荷条件下,首先对比分析了发动机燃用生物柴油-柴油混合燃料与纯柴油的性能差异,然后在中等比例的生物柴油-柴油混合燃料中分别掺混10%和20%(体积比)的无水乙醇,测定了乙醇掺混比对发动机经济性、动力性和排放特性的影响。结果表明:与纯柴油相比,生物柴油-柴油混合燃料的有效燃油消耗率上升,动力性略有下降,炭烟排放降低,而NO_x排放升高。随着乙醇掺混比的增大,生物柴油-柴油-乙醇混合燃料的有效燃油消耗率升高,小负荷时受乙醇汽化潜热的影响导致有效热效率下降,中等负荷时乙醇对有效热效率的影响不大,而大负荷时乙醇的高含氧量能够提高发动机的有效热效率。1 400r/min和2 000r/min全负荷条件下,发动机的最大功率随乙醇掺混比的增大而下降。在不同负荷条件下,随着生物柴油-柴油-乙醇混合燃料中乙醇掺混比的增大,发动机的炭烟、NO_x和CO排放逐渐降低,小负荷时乙醇的高汽化潜热导致HC排放明显升高。     

F-T柴油与正丁醇混合燃料的燃烧和排放特性研究

F-T柴油具有十六烷值高、几乎不含硫和芳香烃的特点,正丁醇是能量密度较高的可再生的生物质燃料。在增压中冷4缸柴油机上对比研究了0号柴油、F-T柴油和F-T柴油-正丁醇混合燃料的燃烧、排放特性。结果表明:与柴油相比,掺混丁醇后缸内压力峰值、压力升高率降低;燃用F-T柴油-正丁醇混合燃料可同时降低炭烟和NO_x排放,随着正丁醇掺混比例的提高炭烟排放显著降低,F-T柴油掺混20%正丁醇的炭烟排放降幅高达67.8%,NO_x排放降幅达20.9%。     

甲醇—柴油混合燃料在共轨发动机上的燃烧和排放特性研究

在1台电控高压共轨增压发动机上,不改变原机结构,采用甲醇—柴油混合燃烧的方式,进行燃烧排放特性分析。结果表明:在相同转速下,发动机的当量燃油消耗率随负荷的增加而降低;随着甲醇含量增加,发动机的最高燃烧压力、最高燃烧放热率和最高燃烧温度都逐渐升高;中低负荷时,发动机的CO和HC排放随着负荷的升高而减小,燃用混合燃料时较燃用柴油略有升高,且甲醇含量越高升高越多;燃用混合燃料时发动机的NO_x和炭烟排放较燃用柴油时有所降低,且随着负荷的升高而增大。     

氨-生物燃料双燃料发动机的燃烧与排放特性

针对双碳目标,应用低碳/零碳燃料是实现内燃机高效清洁燃烧的有效途径。本研究基于一个双燃料柴油机台架开展,缸内直喷燃料分别选用柴油、生物柴油/汽油混合燃料(BG70)和生物柴油/汽油/乙醇混合燃料(BG50E20);氨为进气道喷射,能量替代率为0～28%。试验工况为1 200 r/min、0.8 MPa指示平均有效压力(IMEP)。对比分析了不同燃料的一氧化碳(CO)、总碳氢(THC)、氮氧化物(NO_x)排放以及颗粒物粒径分布。结果表明：单燃料模式下,BG70和BG50E20的指示热效率高于柴油。BG70的CO排放相比柴油降低30%,但THC和NO_x排放在3种燃料中最高。BG70和BG50E20的总颗粒物数量(TPN)排放低于柴油。相比各燃料单燃料模式的燃烧与排放性能,添加氨后的3种燃料的指示热效率降低1%～2%;CO排放增加约1倍;柴油和BG70的NO_x排放减少接近50%,BG50E20的NO_x排放减少约30%。另外,氨的加入对BG70和BG50E20的TPN有显著影响,当氨能量替代率从0增长至28...     

CNG—柴油双燃料电控发动机试验研究

将高压共轨柴油机改装成CNG—柴油双燃料电控发动机,利用自行开发的快速原型控制系统来控制天然气的燃烧,保证天然气掺烧后发动机的动力性和燃用纯柴油时保持一致。分析了天然气掺烧替代率在不同负荷时对有效热效率和有害排放物(CO,HC,NOx)及烟度的影响。结果表明:天然气掺烧替代率可以达到80%左右;掺烧后的有效热效率在中低负荷时要低于燃用柴油,高负荷时和燃用柴油一致;掺烧后的烟度明显降低,HC排放明显升高。     

喷油正时对电控共轨柴油机燃用LNG-柴油双燃料的影响

为了在电控共轨柴油机上应用LNG,将电控共轨柴油机改装为柴油引燃天然气双燃料发动机,研究了引燃柴油喷油正时对双燃料发动机性能与排放的影响。试验选取最大扭矩转速1 600r/min和标定转速2 500r/min,在不同油门开度工况下研究了双燃料发动机的功率、燃料消耗量、有效燃料消耗率和排放。试验结果表明:随喷油正时的提前,双燃料发动机的输出功率先增大后降低;有效燃料消耗率先降低后增大,并在最大功率正时处达到最低;HC,CO和炭烟排放降低,CO2排放升高;油门开度较小时的NOx排放降低,而油门开度较大时升高。     

正丁醇-柴油对柴油机燃烧及排放影响的试验研究

通过配制不同正丁醇掺混比例的正丁醇-柴油混合油,在不改变供油提前角和燃油系统的条件下,测量了柴油机燃用正丁醇-柴油混合油的气缸压力、放热率以及NOx、炭烟等排放污染物,探讨了正丁醇掺混比例对柴油机燃烧过程的影响规律,分析了正丁醇对排放污染物的作用过程。结果表明:正丁醇掺混比例为0%,5%,10%时,低转速、低负荷工况下,缸内最大燃烧压力分别为6.2MPa,5.9MPa和5.8MPa,与燃烧柴油相比略有降低;高转速、高负荷工况时,缸内最大燃烧压力分别为7.5 MPa,7.6 MPa,7.7 MPa,与燃烧柴油相比稍有增加;随着正丁醇掺混比例增加,柴油机的CO和HC排放升高,在中低负荷下NOx排放有所降低,高负荷时升高明显,平均增加了6.4%,炭烟排放降低明显,燃用正丁醇添加比例为5%和10%时,在高负荷下炭烟分别下降了25%和36%。     

直喷增压汽油机喷油器匹配及控制策略研究

针对一款国Ⅵ排放直喷增压汽油机电控系统的匹配,进行了不同喷油器的选型测试,对比研究了不同喷油器喷雾特征和燃烧室形状对发动机排放及油耗的影响。在此基础上,对比研究了喷油时刻、喷油比例以及喷油压力等参数对碳烟排放的影响。结果表明:A型喷油器与平顶活塞的匹配组合最佳;不仅碳烟排放低,而且燃烧速率快,燃烧稳定性好;当采用多次喷油模式时,随着第一次喷油时刻的推迟,碳烟排放有减低趋势。但随着第二次和第三次喷油时刻的推迟,碳烟排放反而呈增大趋势;而当增加第三次喷油比例时,碳烟排放会明显增加;部分负荷工况,采用更高的喷油压力对碳烟排放并无明显改善。而在外特性工况,采用更高的喷油压力时,碳烟排放改善效果明显,同时THC也有一定程度降低。     

BED混合燃料稳定性及对高原地区发动机性能影响的研究

为研究生物柴油-乙醇-柴油(简称BED)混合燃料对高原地区发动机的性能影响,在不同环境下进行了BED混合燃料的相溶性和稳定性测试的基础上,在高原环境下进行了高压共轨柴油机燃用纯柴油和6组不同比例BED混合燃料的台架试验.结果表明,生物柴油、乙醇和柴油可在一定温度范围内按照不同比例配制成稳定的混合燃料,但其稳定性随温度降低而变差.当喷入气缸内燃料体积不变时,与燃用纯柴油相比,燃用BED混合燃料发动机的动力性下降;经济性有所改善,高速时改善效果更为明显;碳烟排放下降,高负荷时比低负荷时下降幅度更大.BED混合燃料的最佳喷油提前角随生物柴油比例的增加而减小,随乙醇比例的增加而增大.     

碳质纳米燃料添加剂对柴油机性能影响的试验研究北大核心

在一台ZS1100柴油机上,以碳质纳米颗粒氧化石墨烯(GO)、多壁碳纳米管(MWCNT)和石墨烯(GR)作为燃料添加剂(25×10^(-6)和100×10^(-6))分别加入生物柴油-柴油掺混燃料中,研究了柴油机的燃烧特性、经济性能和炭烟排放特性。结果表明,柴油中掺混20%体积比的生物柴油改善了燃烧过程,各负荷下滞燃期缩短,CA50提前,炭烟排放降低,但燃油消耗率最大增加了4.2%,热效率降低了2.1%。3种碳质纳米燃料添加剂的加入都优化了掺混燃料的燃烧,缩短了滞燃期,改善了燃油经济性,对比发现,添加100×10^(-6)的MWCNT后,缸压峰值最大提高了0.334 MPa,放热率峰值提高了17.9%,同时燃油消耗率最大降低5.0%,热效率提高4.4%。3种碳质纳米燃料添加剂的加入都降低了炭烟排放,且MWCNT和GR在高浓度时效果更加明显,其中100×10^(-6)的MWCNT效果最显著,炭烟排放最大降低了17.2%。